BAB II
DASAR TEORI
2.1 Analisis Kesetabilan Lereng
Analisis stabilitas lereng umumnya didasarkan pada konsep keseimbangan plastis batas (limit plastic equilibrium). Maksud dari analisis stabilitas adalah untuk menentukan faktor aman dari bidang longsor yang potensial. Dalam analisis lereng, beberapa anggapan dibuat, yaitu :
1. Kelongsoran lereng terjadi di sepanjang permukaan bidang longsor tertentu dan dapat dianggap sebagai masalah bidang 2 dimensi.
2. Massa tanah yang longsor dianggap sebagai benda masif.
3. Tahanan geser dari massa tanah pada setiap titik sepanjang bidang longsor tidak tergantung dari orientasi permukaan longsor, atau dengan kata lain kuat geser tanah dianggap isotropis.
4. Faktor aman didefinisikan dengan memperhatikan tegangan geser rata-rata sepanjang bidang longsor potensial, dan kuat geser tanah rata-rata sepanjang permukaan longsoran. Jadi, kuat geser tanah mungkin terlampaui di titik-titik tertentu pada bidang longsornya, padahal faktor aman hasil hitungan lebih besar dari 1.
Faktor aman didefinisikan sebagai nilai banding antara gaya yang menahan dan gaya yang mengerakkan, atau :
𝐹 = 𝑑
Dengan adalah tahanan geser maksimum yang dapat dikerahkan oleh tanah (atau kuat geser yang tersedia), 𝑑 adalah tegangan geser yang terjadi akibat gaya berat
tanah yang akan longsor (atau kuat geser yang dimobilisasi oleh tanah untuk menjaga keseimbangan), dan F adalah faktor aman.
Menurut teori Mohr-Coulomb, tahanan geser maksimum () yang dapat dimobilisasikan oleh tanah, di sepanjang bidang longsornya, dinyatakan oleh :
= 𝑐 + tg
(2.1)
Dengan c = kohesi, = tegangan normal, dan = sudut gesek dalam tanah. Nilai-nilai c dan adalah parameter kuat geser tanah di sepanjang bidang longsor.
Dengan cara yang sama, dapat dituliskan persamaan tegangan geser yang terjadi (𝑑) akibat beban tanah dan beban-beban lain pada bidang longsornya :
𝑑 = 𝑐𝑑+ tg 𝑑
Dengan 𝑐𝑑 dan 𝑑 adalah kohesi dan sudut gesek dalam yang terjadi atau yang dibutuhkan untuk keseimbangan pada bidang longsornya.
Dari subtitusi persamaan (2.2) dan (2.3) ke persamaan (2.1) diperoleh persamaan faktor aman,
𝐹 = 𝑐 + tg 𝑐𝑑+ tg 𝑑 Persamaan (2.5) dapat pula dituliskan dalam bentuk :
𝑐𝑑+ tg 𝑑 = 𝑐 𝐹+
tg 𝐹
Faktor aman terhadap masing-masing komponen kuat geser :
𝐹𝑐 = 𝑐 𝑐𝑑 𝐹= tg
tg 𝑑
Dengan 𝐹𝑐= faktor aman pada komponen kohesi dan 𝐹 = faktor aman pada
komponen gesekan. Pada umumnya, metoda keseimbangan batas 𝐹𝑐 = 𝐹, hal ini
menunjukkan komponen kohesi c dan gesekan () dimobilisasi pada proporsi yang sama secara bersamaan di sepanjang bidang longsor.
Table 2.1 Faktor Aman Minimum Untuk Bendungan Urugan (Lambedan Whitman, 1969)
Kondisi perancangan Faktor aman minimum
Keterangan
1. Akhir pelaksana 1,3 Lereng hulu dan hilir
2. Penurunan air cepat (Sudden drawdown) dari kondisi air penuh
1,0 Hanya lereng hulu
(2.3)
(2.4)
(2.4)
(2.5a) (2.5b)
3. Penurunan air cepat (Sudden drawdown) dari puncak bendungan elak (spill way)
1,2 Hanya lereng hulu
4. muka air parsial saat rembesan tetap (steady seepage)
1,5 Hanya lereng hulu
5. Rembesan tetap dengan muka air maksimum
1,5 Lereng hilir
6. Gempa bumi (kasus 1,4,5 dengan beban gempa)
1,0 Lereng hulu dan hilir
Faktor aman minimum dalam analisis stabilitas lereng yang disarankan oleh Lambe dan Whitman (1969) untuk perancangan bendungan urugan tanah dan batuan, ditunjukan dalam Tabel 2.1 umumnya, faktor aman stabilitas lereng atau faktor aman terhadap kuat geser tanah diambil lebih besar atau sama dengan 1,2.
Dalam analisis stabilitas lereng, kuat geser yang dibutuhkan 𝑑 di sepanjang bidang longsor potensial untuk memelihara keseimbangan dihitung, dan kemudian dibandingkian dengan kuat geser yang tersedia (). Dalam hal ini faktor aman dianggap konstan di sepanjang permukaan bidang longsor dan faktor aman (F) dinyatakan oleh rasio kuat geser yang tersedia terhadap yang dibutuhkan. Jadi, suatu proporsi konstan kuat geser yang tersedia, dimobilisasi pada setiap titik pada bidang longsor untuk menahan penggelinciran.
2.2 Metode Irisan
Cara – cara analisis stabilitas yang telah dibahas sebelumnya hanya dapat digunakan bila tanah homogen. Bila tanah tidak homogen dan aliran rembesan terjadi di dalam tanah tidak menentu, cara yang lebih cocok adalah dengan metode irisan (method of slices).
Gaya normal yang bekerja pada suatu titik di lingkaran bidang longsor, terutama dipengaruhi oleh berat tanah di atas titik tersebut. Dalam metode irisan, massa tanah yang longsor dipecah – pecah menjadi beberapa irisan vertikal. Kemudian,
keseimbangan dari tiap – tiap irisan diperhatikan. Gambar 2.1 memperlihatkan satu irisan dengan gaya gaya yang bekerja padanya. Gaya – gaya ini terdiri dari gaya geser (Xr dan X1) dan gaya normal efektif (Er dan E1) di sepanjang sisi irisannya, dan juga resultan gaya geser efektif (Ti) dan resultan gaya normal efektif (Ni) yang bekerja di sepanjang dasar irisan. Tekanan air pori U1 dan Ur bekerja di kedua sisi irisan, dan tekanan air pori Ui bekerja pada dasarnya. Dianggap tekanan air pori sudah diketahui sebelumnya.
Gambar 2.1 Gaya – gaya yang bekerja pada irisan.
2.3 Metode Fellenius
Analisis stabilitas lereng cara Fellenius (1927) menganggap gaya – gaya yang bekerja pada sisi kanan – kiri dari sembarang irisan mempunyai resultan nol pada arah tegak lurus bidang longsor. Dengan anggapan ini, keseimbangan arah vertikal dan gaya – gaya yang bekerja dengan memperhatikan tekanan air pori adalah:
Ni + Ui = Wicos θi Atau
Ni = Wicos θi–Ui = Wicos θi–𝑢i αi (2.6) Faktor aman didefinisikan sebagai,
𝐹 =Jumlah momen dari tahanan geser sepanjang bidang longsor Jumlah momen dari berat massa tanah yang longsor
Lengan momen dari berat massa tanah tiap irisan adalah R sin θ, maka:
Dengan:
R = jari – jari lingkaran bidang longsor
n = jumlah irisan
Wi = berat massa tanah irisan ke-i
θi = sudut yang didefinisikan pada Gambar 2.1.
Dengan cara yang sama, momen yang menahan tanah akan longsor, adalah:
∑Mr = R∑𝑖=𝑛𝑖=1(𝑐𝑎𝑖+ 𝑁𝑖 tg φ)
Sehingga persamaan untuk faktor aman menjadi,
F = ∑ (𝑐𝑎𝑖 + 𝑁𝑖 tg φ)
𝑖=𝑛 𝑖=1
∑𝑖=𝑛𝑖=1𝑊𝑖 sin 𝜃𝑖
Bila terdapat air pada lereng, tekanan air pori pada bidang longsor tidak menambah momen akibat tanah yang akan longsor (Md), karena resultan gaya akibat tekanan air pori lewat titik pusat lingkaran. Subtitusi Persamaan (2.6) ke Persamaan (2.9), diperoleh: F = ∑ 𝑐𝑎1+(𝑊𝑖cos 𝜃− 𝑢𝑖 𝛼𝑖) 𝑡𝑔 𝜑 𝑖=𝑛 𝑖=1 ∑𝑖=𝑛𝑖=1𝑊𝑖sin 𝜃𝑖 (2.10) Dengan: F = faktor aman c = kohesi tanah (kN/m2)
φ = sudut gesek dalam tanah (derajat)
ai = panjang lengkung lingkaran pada irisan ke-i (m)
Wi = berat irisan tanah ke-i (kN)
ui = tekanan air pori pada irisan ke-i (kN/m2)
θi = sudut yang di definisikan dalam Gambar 2.1. (derajat)
Jika terdapat gaya – gaya selain berat tanahnya sendiri, seperti beban bangunan di atas lereng, maka momen akibat beban ini diperhitungkan sebagai Md.
Metoda Fellinius menghasilkan faktor aman yang lebih rendah dari cara hitungan yang lebih teliti. Batas – batas nilai kesalahan dapat mencapai kira – kira 5 sampai (2.9) (2.8)
40% tergantung dari faktor aman, sudut pusat lingkaran yang dipilih dan besarnya tekanan air pori. Walaupun analisis ditinjau dalam tinjauan tegangan total, kesalahan masih merupakan fungsi dari faktor aman dan sudut pusat dari lingkaran (Whitman dan Baily, 1967). Cara ini telah banyak digunakan dalam praktek, karena cara hitungan sederhana dan kesalahan yang terjadi pada sisi yang aman.
2.4 Metode Bishop Disederhanakan (Simplified Bishop Method)
Metode Bishop disederhanakan (Bishop, 1955) menganggap bahwa gaya – gaya yang bekerja pada sisi – sisi irisan mempunyai resultan nol pada arah vertikal. Persamaan kuat geser dalam tinjauan tegangan efektif yang dapat dikerahkan tanah, hingga tercapainya kondisi keseimbangan batas dengan memperhatikan faktor aman, adalah:
τ = 𝐶′
𝐹 + (𝜎 − 𝑢) tg φ′
𝐹 (2.11)
dengan σ adalah tegangan normal total pada bidang longsor dan u adalah tekanan air pori.
Untuk irisan ke-i, nilai Ti = τ ai, yaitu gaya geser yang dikerahkan tanah pada bidang longsor untuk keseimbangan batas. Karena itu:
T = 𝑐′𝑎𝑖
𝐹 = (Ni – ui ai) 𝑡𝑔 𝜑′
𝐹 (2.12)
Kondisi keseimbangan momen dengan pusat rotasi O antara berat massa tanah yang akan longsor dengan gaya geser total yang dikerahkan tanah pada dasar bidang longsor, dinyatakan oleh persamaan (Gambar 2.1):
∑ Wi xi = ∑ Ti R (2.13)
Dengan 𝑥𝑖 adalah jarak 𝑊𝑖 ke pusat rotasi O. dari persamaan (2.11) dan (2.13), dapat diperoleh : 𝐹 =𝑅 ∑ [𝑐 ′𝑎 𝑖+ (𝑁𝑖− 𝑢𝑖𝑎𝑖)tg i] 𝑖=𝑛 𝑖=1 ∑𝑖=𝑛𝑊𝑖 𝑖=1 𝑥𝑖
pada kondisi keseimbangan vertical, jika 𝑥1=𝑥𝑖 dan 𝑥𝑟=𝑥𝑖+1:
𝑁𝑖=
𝑊𝑖+ 𝑋𝑖− 𝑋𝑖+1− 𝑇𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑖 𝑐𝑜𝑠 𝑖
(2.14)
Dengan 𝑁𝑖′= 𝑁𝑖+ 𝑢𝑖𝑎𝑖, subtitusi persamaan (2.12) ke persamaan (2.15), dapat
diperoleh persamaan :
𝑁𝑖 =
𝑊𝑖+ 𝑋𝑖− 𝑋𝑖+1− 𝑢𝑖𝑎𝑖 𝑐𝑜𝑠 𝑖 − 𝑐′𝑎𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑖/𝐹 𝑐𝑜𝑠 𝑖+ 𝑠𝑖𝑛 𝑖 tg ′/𝐹
Substitusi persamaan (2.16) ke persamaan (2.14), diperoleh :
F = ∑ 𝑐′𝑎1+𝑡𝑔 ′𝑊𝑖+𝑋𝑖−𝑋𝑖+1−𝑢𝑖𝑎𝑖 𝑐𝑜𝑠 𝑖 − 𝑐 ′𝑎𝑖 𝑠𝑖𝑛 𝑖/𝐹 𝑐𝑜𝑠 𝑖+ 𝑠𝑖𝑛 𝑖 tg ′/𝐹 𝑖=𝑛 𝑖=1 ∑𝑖=𝑛𝑖=1𝑊𝑖𝑋𝑖
Untuk penyederhanaan dianggap 𝑋𝑖− 𝑋𝑖+1 = 0 dan dengan mengambil :
𝑋𝑖= 𝑅 𝑠𝑖𝑛 𝑖 𝑏𝑖 = 𝑎𝑖 𝑐𝑜𝑠 𝑖
Substitusi persamaan (2.18) dan (2.19) ke persamaan (2.17), diperoleh persamaan faktor aman : 𝐹 = ∑ [𝑐′𝑏 𝑖+ (𝑊𝑖− 𝑢𝑖𝑏𝑖)tg ′](𝑐𝑜𝑠 1 i(1 + tg i tg ′/𝐹)) 𝑖=𝑛 𝑖=1 ∑𝑖=𝑛𝑖=1𝑊𝑖𝑥𝑖 Dengan : F = faktor aman
𝑐′ = kohesi tanah efektif (𝐾𝑁 𝑚⁄ 2)
′ = sudut gesek dalam tanah efektif (derajat) 𝑏𝑖 = lebar irisan ke-i (m)
𝑊𝑖= berat irisan tanah ke-I (kN)
i = sudut yang didefinisikan dalam Gambar 2.1 (derajat) 𝑢𝑖= tekanan air pori (pore pressure ratio) didefinisikan sebagai :
𝑟𝑢 =𝑢𝑏 𝑊 =
𝑢 ℎ
Dengan :
𝑟𝑢 = rasio tekanan pori 𝑢 = tekanan air pori (kN/𝑚2) 𝑏 = lebar irisan (m)
= berat volume tanah (kN/𝑚3)
(2.16) (2.17) (2.18) (2.19) (2.20) (2.21)
ℎ = tinggi irisan rata-rata (m)
Dari substitusi persamaan (2.21) ke persamaan (2.20) bentuk lain dari persamaan faktor aman untuk analisis stabilitas lereng cara Bishop :
𝐹 = ∑ [𝑐′𝑏 𝑖+ 𝑊𝑖(1 − 𝑟𝑢)tg ′](𝑐𝑜𝑠 1 i(1 + tg i tg ′/𝐹)) 𝑖=𝑛 𝑖=1 ∑𝑖=𝑛𝑖=1𝑊𝑖𝑠𝑖𝑛 i
Persamaan faktor aman Bishop ini lebih sulit pemakaiannya dibandingkan dengan metoda Fellinius. Lagi pula membutuhkan cara coba-coba (trial and error), karena nilai faktor aman F nampak di kedua sisi persamaannya. Akan tetapi, cara ini telah terbukti menghasilkan nilai faktor aman yang mendekati hasil hitungan dengan cara lain yang lebih teliti. Untuk mempermudah hitungan secara manual, Gambar 2.2
dapat digunakan untuk menetukan nilai fungsi 𝑀𝑖dengan :
𝑀 = 𝑐𝑜𝑠 i(1 + tg i tg ′/𝐹)
Lokasi lingkaran longsor kritis dari metoda Bishop (1955), biasanya mendekati dengan hasil pengamatan di lapangan. Karena itu, walaupun metoda Fellinius lebih mudah, metoda Bishop (1955) lebih disukai.
Gambar 2.2 Diagram menentukan nilai M, (janbu et al.,1956)
(2.22)
2.5 Analisis Dengan Metode Elemen Hingga (FEM)
Dengan menggunakan metoda keseimbangan batas dimungkinkan untuk melakukan evaluasi lereng dengan cepat. Tetapi, prosedur ini memberlakukan hitungan yang sama antara :
1. lereng timbunan baru, 2. lereng yang baru digali atau 3. lereng alami.
Tegangan-tegangan di dalam lereng ini sangat dipengaruhi oleh 𝐾0. Yaitu rasio
tegangan lateral terhadap tegangan vertikal efektif. Tetapi perhitungan cara konvensional dengan metoda keseimbangan batas mengabaikan hal ini (Chowdhury, 1981). Dalam kenyataan, distribusi tegangan dalam ke tiga lereng tersebut di atas akan berbeda, dan oleh karena itu akan mempengaruhi stabilitasnya. Metode Elemen Hingga (Finite Element Method) pertama kali dikenalkan oleh Clough dan Woodward (1967), tapi penggunaannya terbatas pada struktur dari material tanah yang komplek. Untuk kasus khusus, metoda elemen hingga dapat mengakomodasi pengaruh penimbunan dan pengalian secara bertahap, sehingga pengaruh sejarah tegangan dalam tanah terhadap deformasinya dapat ditelusuri. Akan tetapi, kualitas metoda elemen hingga secara langsung bergantung pada kemampuan dari model konstitutif yang dipilih untuk secara realitas mensimulasikan kelakuan non linear dari tanah pembentuk lereng. Untuk lereng galian dan lereng alam, model konstitutif hanya dapat benar-benar dikembangan dengan uji lapangan kualitas tinggi yang didukung dengan pengamatan di lapangan. Dalam memilih program yang cocok, pengguna harus mempertimbangkan : 1. Perkakas model konstitutif
2. Ketersediaan dari tipe-tipe elemen hingga yang berbeda (segitiga, segiempat, atau isoparametrik)
3. Data laboratorium dan lapangan yang dibutuhkan untuk mendefinisikan sifat-sifat tanah.
Dengan program yang dipilih, dapat ditentukan tegangan-tegangan dan deformasi lereng yang akan digunakan untuk mengevaluasi stabilitas lereng.
Walaupun metoda elemen hingga sangat berguna untuk para ahli geoteknik, namun metoda ini tidak selalu dapat digunakan dengan baik dalam analisis stabilitas lereng. Kesulitan terutama dalam hitungan faktor aman saat terjadinya keruntuhan. Pada cara kesimbangan batas, keruntuhan dapat digambarkan dengan kondisi di mana gaya-gaya atau momen yang menggerakkan melampaui gaya-gaya atau momen yang menahan, dan pada kondisi ini biasanya ditunjukkan dengan faktor aman yang kurang dari satu. Dalam metoda elemen hingga, tanah dimodelkan sebagai kumpulan elemen-elemen yang berlainan (discrete) dan kondisi keruntuhan merupakan fenomena progresif, di mana tidak setiap elemen runtuh secara simultan. Jadi keruntuhan merupakan kejadian yang bertahap, yaitu keruntuhan dari titik yang mengalami luluh lebih dulu, dan kemudian menunjukan dari titik yang mengalami luluh lebih dulu, dan kemudian menuju ke kedudukan final di mana seluruh elemen secara efektif telah runtuh. Beberapa kriteria kerutuhan yang telah dipakai pada ssat ini adalah (Wong, 1984) :
1) Cembungan Garis Lereng (Bulging of Slope Line) (Snitbhan dan Chen, 1976). Kriteria ini digambarkan dengan perpindahan horizojntal dari permukaan lereng, dan ditunjukkan dengan cara menspesifikasikan batas perpindahan horizontal yang masih ditoleransikan.
2) Geser Batas (Limit Shear) (Duncan dan Dunlop, 1969). Dalam kasus ini tegangan di sepanjang permukaan bidang longsor yang dihitung dari metoda elemen hingga digunakan secara langsung untuk menghitung faktor aman. Nilai faktor aman akan bergantung pada rasio kuat geser tersedia di sepanjang bidang longsor terhadap tegangan-tegangan yang dihitung dengan metoda elemen hingga.
3) Nonkonvergensi penyelesaian (nonconvergence of the solution) (Zienkiewcz, 1971). Keruntuhan diindikasikan dengan runtuhnya elemen-elemen akibat kondisi pembebanan yang diberikan.
Bergantung pada kriteria keruntuhan yang dipilih, perbedaan dalam besarnya beban yang menyebabkan keruntuhan dapat sangat menonjol. Dengan lemahnya kriteria
keruntuhan yang jelas, interpretasi dari hasil hitungan elemen hingga masih menjadi masalah, dan pengguna (user) sering harus percaya pada pengalaman dan intuisi untuk memahami kemampuan model numerik dalam memprediksi model fisik lereng yang mendekati kenyataan. Dengan mengingat ketidaktentuan dan kelemahan metoda elemen hingga tersebut, maka cara pendekatan yang komplek biasanya tidak digunakan dalam perancangan dan analisis lereng untuk jalan raya dan timbunan (Abramson et al., 1996).
2.6 Soil Nailing
Diperlukan suatu cara untuk menjaga kestabilan lereng, salah satunya adalah dengan perkuatan lereng (reinforcement). Perkuatan lereng dibutuhkan agar tidak terjadi
failure ataupun kelongsoran akibat bangunan diatasnya. Secara umum terdapat 2 dua cara menstabilkan lereng (Wesley dan Pranyoto 2010), yaitu:
1. Memperkecil gaya penggerak atau momen penggerak dengan cara mengubah bentuk lereng yang bersangkutan, seperti :
a. Mengubah lereng lebih datar atau mengurangi sudut kemiringan. b. Memperkecil ketinggian lereng.
c. Mengubah lereng menjadi lereng bertingkat (multi slope). 2. Memperbesar gaya melawan atau momen melawan :
a. Dengan memakai “counterweight”, yaitu tanah timbunan pada kaki lereng b. Dengan mengurangi tekanan air pori didalam lereng
c. Dengan cara mekanis, yaitu dengan memasang tiang atau membuat dinding penahan.
Soil nailing temasuk upaya menstabilkan lereng secara in-situ dengan memperbesar gaya melawan atau momen penahan dengan cara mekanis. Kelebihan perkuatan ini antara lain tinggi fleksibilitas, struktur ringan, proses konstruksi sederhana, kecepatan pembangunan, ekonomis, dan sedikit dampak lingkungan (Tang dan Jiang 2015). Soil nailing termasuk teknik untuk stabilitas lereng dinding penahan tanah yang paling ekonomis karena sistem pekerjaan yang cepat dan tidak membutuhkan tempat yang luas. Pelaksaan soil nailing cukup menggunakan
peralatan portable yang mudah dipindah dan diubah sesuai kebutuhan dan kondisi lapangan yang disesuaikan dengan sudut kemiringan dinding tanah.
Metode ini mengkombinasikan perkuatan pasif dari batang baja dengan shotcrete. Menurut FHWA (1991), metode ini mulanya diperkirakan merupakan gabungan dari metode rock bolting, sistem multi-angkur, dan juga perkuatan tanah, yang terlihat beberapa kemiripannya dengan metode perkuatan soil nailing. Teknologi ini pertama kalinya digunakan pada 1972 dalam perkuatan penggalian lereng Kereta Versailles di Prancis setinggi 60 ft. Setelah keberhasilan proyek ini, metode soil nailing kemudian semakin berkembang di Prancis dan beberapa negara Eropa lainnya.
Soil nailing termasuk katagori perkuatan kaku (rigid) yang dapat memikul gaya normal, gaya lintang, dan gaya momen. Pada pekerjaan soil nailing untuk penahan galian, tulangan-tulangan umumnya terbuat dari batang-batang baja yang dipasang dengan cara menekan atau mengebor lebih dahulu dan kemudian digrouting (ditutup dengan larutan semen). Perkuatan tanah dengan metode ini memanfaatkan tekanan pasif yang akan dikerahkan jika terjadi gerakan (Sinarta 2014). Soil nailing
umumnya dipasang dengan sudut kemiringan antara 10° – 20° secara horizontal. Pada rentang sudut inklinasi ini, grout dapat mengalir dari muka lubang hingga mengisi ujung lubang galian, tanpa menyisakan kantung udara. FHWA (2015) menambahkan, pemasangan soil nail dengan sudut inklinasi dibawah 10° harus dihindari karena memungkinkan timbulnya void atau ‘bird’s beak’ yang dapat menurunkan kekuatan tarik dan menurunkan perlindungan tehadap korosi.
Grout berfungsi mengikat tulangan/bar dengan tanah asli. Grout biasanya terdiri dari campuran semen Portland dan air dengan kandungan campuran air dan sement
(water cement ratio) berkisar 0.4 sampai 0.5. Kuat tarik dari grout biasanya didesain dengan kuat tarik minimal fc’ 25 MPa dengan uji kubus beton pada waktu 28 hari (Sargawi et al. 2013). Batang baja tersebut biasanya tidak diberi prestressed. Agar semua paku bisa bekerja sebagai satu unit kesatuan, maka grout diberikan segera setelah paku terpasang. Menurut FHWA (2015), fungsi grout pada perkuatan soil nailing, yaitu:
1. Mentransfer tegangan geser antara tanah terdeformasi dengan batang baja 2. Mentransfer tegangan tarik dari batang baja ke tanah stabil sekitarnya 3. Melindungi batang baja dari korosi
Teknik soil nailing mampu meningkatkan stabilitas lereng, dinding penahan dan penggalian terutama melalui mobilisasi ketegangan di batang baja. Kekuatan tarik dikembangkan di batang baja terutama melalui interaksi gesekan antara batang baja dan tanah. Gaya tarik pada batang baja memperkuat tanah dengan langsung mendukung beberapa beban geser diterapkan dan dengan meningkatkan tekanan yang normal dalam tanah pada permukaan potensi kegagalan, sehingga memungkinkan tahanan geser yang lebih tinggi untuk dimobilisasi. Tanah yang deberikan batangan baja memberikan efek kekangan dengan membatasi deformasi tanah dekat dengan normal ke permukaan lereng. Akibatnya, tegangan efektif rata-rata dan tahanan geser dari tanah di belakang perkuatan akan meningkat (Riogilang
et al. 2014).
Untuk mendesain stabilitas soil nailing ini perlu dilakukan dua analisis (Sargawi et al. 2013), yaitu:
1. Analisis stabilitas internal, yaitu soil nailing reinforcement harus mampu memikul beban yang bekerja berupa gaya tarik dan gaya geser. Jika soil nailing reinforcement ini tidak mampu menahan gaya yang bekerja akan menyebabkan kegagalan lokal dan memicu progressive failure. Upaya meningkatkan kuat tarik
soil reinforcement ini dapat dilakukan dengan memperpanjang atau memperbesar diameter.
2. Analisis stabilitas eksternal, yaitu analisis yang dilakukan untuk memastikan bahwa panjang soil nailing yang dibutuhkan mampu menahan stabilitas global. Stabilitas internal sistem soil nailing biasanya dinilai menggunakan model dua zona, yaitu zona aktif dan zona pasif (zona tahan), yang dipisahkan oleh permukaan potensi kegagalan (Riogilang et al. 2014). Zona aktif adalah daerah di depan permukaan potensi kegagalan, di mana ia memiliki kecenderungan untuk melepaskan diri dari sistem tanah-dipaku. Zona pasif adalah wilayah di balik
permukaan potensi kegagalan, di mana ia tetap lebih atau kurang utuh. Soil nail
bertindak untuk mengikat zona aktif ke zona pasif. Secara umum komponen yang diperhatikan dalam penggunaan metode perkuatan dengan soil nailing adalah nail bars, nail head, centralizer, grouting (cor beton), wall facing, dan sistem drainase. Detail komponen utama soil nailing (FHWA 2015), dapat dilihat dalam Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Detail Komponen Utama Soil Nailing
Batang baja (nail bars) yang digunakan sebaiknya memiliki kuat tarik sebesar 420 MPa - 520 Mpa, dengan diameter bervariasi yaitu 19mm, 22mm, 25mm, 29mm, 32mm, 36mm, dan 43mm sesuai kebutuhan (FHWA 2015). Pada pemasangannya terdapat bagian ujung baja yang menonjol keluar dari wall facing (tampilan dinding) yang disebut nail head. Kemudian dipasang juga centralizers pada batang baja.
Centralizers merupakan alat yang dipasang sepanjang batangan baja dengan jarak tertentu (0.5 – 2.5m) untuk memastikan tebal selimut beton sesuai dengan rencana sehingga bagian dalam terhindar dari karat yang diakibatkan oleh oksidasi dalam tanah dapat dihindari. Alat ini dapat terbuat dari PVC atau material sintetik lainnya. Mengacu pada FHWA (2015), terdapat enam tahap konstruksi dinding soil nail
yaitu penggalian atau penimbunan tanah, pengeboran lubang nail, pemasangan nail bar dan grouting, pembuatan muka sementara dengan shotcrete, pembangunan tingkat selanjutnya, serta pembuatan muka permanen dengan shotcrete atau beton pracetak. Permukaan sementara merupakan penahan tekanan dari plat tekan
ditempatkan di atas permukaan sementara setelah hex nut dikencangkan, yang berfungsi untuk melindungi nail head dan hex nut dari karat dan untuk menambah nilai estetika. Ketebalan permukaan sementara memiliki ketebalan antara 75 - 100mm, sedangkan permukaan permanen memiliki ketebalan antara 150 - 200mm. Desain soil nailing juga umumnya didukung oleh drainase yang baik seperti dengan pemasangan geocomposite strip drainage di belakang permukaan sementara agar tidak terjadi akumulasi tegangan.
Konstruksi soil nailing banyak dilakukan dalam tanggul kereta api, jalan pelebaran bawah jembatan, tanggul jalan raya, menstabilkan dinding penahan, maupun menstabilkan lereng alam rawan longsor. Soil nailing telah dilakukan di beberapa konstruksi di Indonesia antara lain untuk pembangunan gedung, tanggul jalan raya, dan lereng alam.
